[Android][Linux][Netlink]内核态和用户态使用netlink方法总结

一、Netlink概述

二、用户态如何使用netlink

三、内核态如何使用netlink

四、内核态和用户态之间使用netlink实例（NETD）

五、内核态和用户态之间使用netlink实例（SYN FIREWALL）

一、Netlink概述

（本段摘抄自网络）

Netlink 是一种在内核与用户应用间进行双向数据传输的非常好的方式，用户态应用使用标准的 socket API 就可以使用 netlink 提供的强大功能，内核态需要使用专门的内核 API 来使用 netlink。

 

Netlink 相对于系统调用，ioctl 以及 /proc 文件系统而言具有以下优点：

 

1，为了使用 netlink，用户仅需要在 include/linux/netlink.h 中增加一个新类型的 netlink 协议定义即可， 如 #define NETLINK_MYTEST 17 然后，内核和用户态应用就可以立即通过 socket API 使用该 netlink 协议类型进行数据交换。但系统调用需要增加新的系统调用，ioctl 则需要增加设备或文件， 那需要不少代码，proc 文件系统则需要在 /proc 下添加新的文件或目录，那将使本来就混乱的 /proc 更加混乱。

 

2. netlink是一种异步通信机制，在内核与用户态应用之间传递的消息保存在socket缓存队列中，发送消息只是把消息保存在接收者的socket的接 收队列，而不需要等待接收者收到消息，但系统调用与 ioctl 则是同步通信机制，如果传递的数据太长，将影响调度粒度。

 

3．使用 netlink 的内核部分可以采用模块的方式实现，使用 netlink 的应用部分和内核部分没有编译时依赖，但系统调用就有依赖，而且新的系统调用的实现必须静态地连接到内核中，它无法在模块中实现，使用新系统调用的应用在编译时需要依赖内核。

 

4．netlink 支持多播，内核模块或应用可以把消息多播给一个netlink组，属于该neilink 组的任何内核模块或应用都能接收到该消息，内核事件向用户态的通知机制就使用了这一特性，任何对内核事件感兴趣的应用都能收到该子系统发送的内核事件。

 

5．内核可以使用 netlink 首先发起会话，但系统调用和 ioctl 只能由用户应用发起调用。

 

6．netlink 使用标准的 socket API，因此很容易使用，但系统调用和 ioctl则需要专门的培训才能使用。

 

使用netlink进行应用与内核通信的应用很多：

#define NETLINK_ROUTE	 0	/* Routing/device hook	 */
#define NETLINK_UNUSED	 1	/* Unused number	 */
#define NETLINK_USERSOCK	2	/* Reserved for user mode socket protocols 	*/
#define NETLINK_FIREWALL	3	/* Firewalling hook	 */
#define NETLINK_SOCK_DIAG	4	/* socket monitoring	 */
#define NETLINK_NFLOG	 5	/* netfilter/iptables ULOG */
#define NETLINK_XFRM	 6	/* ipsec */
#define NETLINK_SELINUX	 7	/* SELinux event notifications */
#define NETLINK_ISCSI	 8	/* Open-iSCSI */
#define NETLINK_AUDIT	 9	/* auditing */
#define NETLINK_FIB_LOOKUP	10
#define NETLINK_CONNECTOR	11
#define NETLINK_NETFILTER	12	/* netfilter subsystem */
#define NETLINK_IP6_FW	 13
#define NETLINK_DNRTMSG	 14	/* DECnet routing messages */
#define NETLINK_KOBJECT_UEVENT	15	/* Kernel messages to userspace */
#define NETLINK_GENERIC	 16
/* leave room for NETLINK_DM (DM Events) */
#define NETLINK_SCSITRANSPORT	18	/* SCSI Transports */
#define NETLINK_ECRYPTFS	19
#define NETLINK_RDMA	 20
#define NETLINK_CRYPTO	 21	/* Crypto layer */

 

其中，比较重点的是NETLINK_KOBJECT_UEVENT，即kernel uevent事件，内核设备驱动在某个时刻触发的某个事件（比如up/down）会通过netlink通知给用户空间。

二、用户态如何使用netlink

用户态应用使用标准的socket APIs， socket(), bind(), sendmsg(), recvmsg()和close()就能很容易地使用netlink socket。

使用netlink步骤如下：

1.包含头文件linux/netlink.h以及sys/socket.h

2.创建一个netlink socket

socket(AF_NETLINK, SOCK_RAW, NETLINK_KOBJECT_UEVENT);

第一个参数必须是AF_NETLINK或PF_NETLINK，表示要使用netlink。

第二个参数必须是SOCK_RAW或SOCK_DGRAM， 

第三个参数指定netlink协议类型，即第一节讲的义协议类型，如果是要监控内核设备驱动，直接用现成的NETLINK_KOBJECT_UEVENT即可。NETLINK_GENERIC是一个通用的协议类型，它是专门为用户使用的，因此，用户可以直接使用它，而不必再添加新的协议类型。

3.设置socket的选项（可选）

setsockopt(mSock, SOL_SOCKET, SO_RCVBUFFORCE, &sz, sizeof(sz));
setsockopt(mSock, SOL_SOCKET, SO_PASSCRED, &on, sizeof(on));

4.使用bind() 把创建的netlink socket与netlink socket地址绑定在一起

bind(mSock, (struct sockaddr *) &nladdr, sizeof(nladdr));

其中，nladdr是sockaddr_nl结构体：

struct sockaddr_nl
{
  sa_family_t    nl_family;
  unsigned short 	nl_pad;
  __u32          nl_pid;
  __u32          nl_groups;
};

字段nl_family必须设置为AF_NETLINK或着PF_NETLINK，字段nl_pad当前没有使用，因此要总是设置为0，字段nl_pid为接收或发送消息的进程的ID，如果希望内核处理消息或多播消息，就把该字段设置为0，否则设置为处理消息的进程ID。字段nl_groups用于指定多播组，bind函数用于把调用进程加入到该字段指定的多播组，如果设置为0，表示调用者不加入任何多播组。

struct sockaddr_nl nladdr;
memset(&nladdr, 0, sizeof(nladdr));
nladdr.nl_family = AF_NETLINK;
nladdr.nl_pid = getpid();
nladdr.nl_groups = 0xffffffff;

5.创建一个listener监听该socket，重写listener的onEvent函数，来完成对监听到的数据进行筛选/分类/处理。

mHandler = new NetlinkHandler(mSock);

三、内核态如何使用netlink

内核模块使用netlink，不同于用户态应用对netlink的使用，需要专门的netlink API。

使用netlink步骤如下：

1.包含头文件linux/netlink.h

2.创建一个netlink socket。建立OK后，建立了同样协议类型netlink的用户态通过sendmsg()即可向内核态发送消息指令了。其中第四个参数为接收用户态消息的函数指针，为null说明为单向的，即内核不处理用户态发来的消息，只是向用户态通知内核事件。

ue_sk->sk = netlink_kernel_create(net, NETLINK_KOBJECT_UEVENT,
  1, NULL, NULL, THIS_MODULE);

PS：由于NETLINK_KOBJECT_UEVENT是表示的内核设备驱动事件，所以新增的设备驱动无需建立netlink socket，建立了NETLINK_KOBJECT_UEVENT类型netlink用户态都可以收到新增设备驱动的消息事件。只有新增的内核模块，才需要建立netlink socket。

3.向用户态上报消息

int netlink_unicast(struct sock *sk, struct sk_buff *skb, u32 pid, int nonblock);
void netlink_broadcast(struct sock *sk, struct sk_buff *skb, u32 pid, u32 group, int allocation);

其中，参数sk为函数netlink_kernel_create()返回的socket，参数skb存放消息，参数pid为接收消息进程的pid，参数group为接收消息的多播组。

四、内核态和用户态之间使用netlink实例（NETD）

1.内核态部分

由于netd监听的是已有设备驱动的消息事件，所以内核态无需修改。

 

2.用户态部分

2.1在netd中新增NetlinkManager类，用以建立netlink socket

int NetlinkManager::start() {
    if ((mUeventHandler = setupSocket(&mUeventSock, NETLINK_KOBJECT_UEVENT,
         0xffffffff, NetlinkListener::NETLINK_FORMAT_ASCII)) == NULL) {
        return -1;
    }
    ...
}
 
NetlinkHandler *NetlinkManager::setupSocket(int *sock, int netlinkFamily,
    int groups, int format) {
    struct sockaddr_nl nladdr;
    int sz = 64 * 1024;
    int on = 1;
    memset(&nladdr, 0, sizeof(nladdr));
    nladdr.nl_family = AF_NETLINK;
    nladdr.nl_pid = getpid();
    nladdr.nl_groups = groups;
 
    if ((*sock = socket(PF_NETLINK, SOCK_DGRAM, netlinkFamily)) < 0) {
    ...}
 
    if (setsockopt(*sock, SOL_SOCKET, SO_RCVBUFFORCE, &sz, sizeof(sz)) < 0) {
    ...}
 
    if (setsockopt(*sock, SOL_SOCKET, SO_PASSCRED, &on, sizeof(on)) < 0) {
    ...}
 
    if (bind(*sock, (struct sockaddr *) &nladdr, sizeof(nladdr)) < 0) {
    ...}
 
    NetlinkHandler *handler = new NetlinkHandler(this, *sock, format);
    if (handler->start()) {
    ...}
    return handler;
}
 
int NetlinkManager::stop() {
    ...
    if (mUeventHandler->stop()) {
    ...}
 
    delete mUeventHandler;
    mUeventHandler = NULL;
 
    close(mUeventSock);
    mUeventSock = -1;
...
}

2.2在netd中新增NetlinkHandler类，用以筛选/分类/处理netlink消息

int NetlinkHandler::start() {
    return this->startListener();
}
 
int NetlinkHandler::stop() {
    return this->stopListener();
}
 
void NetlinkHandler::onEvent(NetlinkEvent *evt) {
const char *subsys = evt->getSubsystem();
 	 ...
if (!strcmp(subsys, "net")) {
        int action = evt->getAction();
        const char *iface = evt->findParam("INTERFACE");
 
        if (action == evt->NlActionAdd) {
            notifyInterfaceAdded(iface);
        } else if (action == evt->NlActionRemove) {
            notifyInterfaceRemoved(iface);
        } else if (action == evt->NlActionChange) {
            evt->dump();
            notifyInterfaceChanged("nana", true);
        } else if (action == evt->NlActionLinkUp) {
            notifyInterfaceLinkChanged(iface, true);
        } else if (action == evt->NlActionLinkDown) {
            notifyInterfaceLinkChanged(iface, false);
        } else if (action == evt->NlActionAddressUpdated ||
                   action == evt->NlActionAddressRemoved) {
            const char *address = evt->findParam("ADDRESS");
            const char *flags = evt->findParam("FLAGS");
            const char *scope = evt->findParam("SCOPE");
            if (iface && flags && scope) {
                notifyAddressChanged(action, address, iface, flags, scope);
            ...}
        ...}
    ...}
}

 

2.3在netd.main()中start NetlinkManager,即完成对netlink的使用，监听到NETLINK_KOBJECT_UEVENT，即kernel uevent事件，内核设备驱动（比如rmnet0）在某个时刻触发的某个事件（比如up/down）会通过netlink通知给netd。

int main() {
    NetlinkManager *nm;
    if (!(nm = NetlinkManager::Instance())) {
    ...};
    cl = new CommandListener(rangeMap);
    nm->setBroadcaster((SocketListener *) cl);
    if (nm->start()) {
 	 ...}
...}

五、内核态和用户态之间使用netlink实例（SYN FIREWALL）

1.内核态

1.1 建立netlink socket

新增的设备驱动无需建立netlink socket，建立了NETLINK_KOBJECT_UEVENT类型netlink用户态都可以收到新增设备驱动的消息事件。只有新增的内核模块，才需要建立netlink socket。

此处只是新增了一个switch device，而非新增module，故无需新建netlink socket。

ret = switch_dev_register(&ipv4_sdev);

 

1.2 向用户态上报state change事件

switch_set_state(&ipv4_sdev, 0x10000|256*port1+port2);

调用关系如下：

switch_set_state()  -->  kobject_uevent_env()  -->  netlink_broadcast_filtered()

 

2.用户态

框架同netd部分，不再赘述。